d从铝土矿到铝合金学习教案

1、会计学1d从铝土矿到铝合金从铝土矿到铝合金第一页，共61页。专题3 从矿物(kungw)到基础材料铁矿石铜矿石铝土矿水晶石第1页/共61页第二页，共61页。第一(dy)单元 从铝土矿到铝合金从铝土矿中提取铝第2页/共61页第三页，共61页。第3页/共61页第四页，共61页。第4页/共61页第五页，共61页。第5页/共61页第六页，共61页。拿破仑三世(sn sh)第6页/共61页第七页，共61页。铝的存在(cnzi)：铝是地壳(dqio)中含量最多的金属元素铝在地壳(dqio)中以化合态存在2468含量/NaCaFeAl2.743.454.757.73氧49.13%铁钙钠钾镁14.55%铝7.

2、73%硅26%第7页/共61页第八页，共61页。为什么选择(xunz)从氧化铝中提取铝？2054离子Al2O3194分子AlCl3714离子MgCl2801离子NaCl熔点熔融状态下存在的微粒第8页/共61页第九页，共61页。追根(zhugn)寻源冶炼铝方法(fngf)的探索史1827年，德国化学家维勒用金属钾与无水氯化铝加热(ji r)反应制得了铝。1854年，法国化学家德维尔改用金属钠与无水氯化铝加热(ji r)反应制得了铝。但因钾、钠太昂贵了，无法实现大规模生产。1886年，美国化学家霍尔采用电解法，尝试对高纯度的氧化铝进行熔融电解制铝。在研究过程中他采用添加冰晶石(Na3AlF6)的办

3、法，使氧化铝的熔点从2054降低到1000左右，从而减少了冶炼过程的能耗，制得了铝，成为现代工业化制铝方法上的里程碑。第9页/共61页第十页，共61页。1884年，在美国奥伯林学院化学系，有一位叫做查尔斯马丁霍尔的青年学生。当时他只有二十一岁。一次，他听一位教授说：“不管谁能发明一种低成本的炼铝法，都会出人头地。”这使霍尔意识到只有探索廉价的炼铝方法(fngf)，才能使铝被普遍应用。可是氧化铝的熔点（2054）很高，采用电解熔融氧化铝的方法(fngf)冶炼铝，生产中的能量消耗很大。1986年，霍尔在氧化铝中添加了助熔剂冰晶石Na3AlF6,大大降低了氧化铝熔融温度，从而减少了电解过程中的能量消

4、耗，使铝及其合金成了为人类提供多方面重要用途的材料。当时，霍尔还不满23周岁。第10页/共61页第十一页，共61页。氧化铝 铝 铝土矿铝土矿（主要成分(chng fn)为Al2O3，还有少量Fe2O3、SiO2等杂质）第11页/共61页第十二页，共61页。如何将铝土矿（主要成分(chng fn)为Al2O3，还有少量Fe2O3、SiO2等杂质）中Al2O3提纯？交流(jioli)与讨论Al2O3Fe2O3SiO2注意：溶液中的NaAlO2 、Na2SiO3与NaOH在一定(ydng)条件下会生成铝硅酸钠沉淀Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2OFe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O

5、不反应Al2O3+ 2NaOH=2NaAlO2+H2O不反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O盐酸氢氧化钠溶液第12页/共61页第十三页，共61页。如何将铝土矿（主要成分(chng fn)为Al2O3，还有少量Fe2O3、SiO2等杂质）中Al2O3提纯？交流(jioli)与讨论盐酸盐酸氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液碳酸（通碳酸（通CO2）NaAlO2NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3 不反应不反应NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3NaHCO3Al(OH)3Al(OH)3 3HCl =AlCl3+3H2OAl(OH)3+ NaOH = NaAlO2+2H2O

6、不反应不反应Fe(OH)3Fe(OH)3 3HCl =FeCl3+3H2O不反应不反应不反应不反应2Al(OH)3 Al2O3+3H2O第13页/共61页第十四页，共61页。一、从铝土矿中提取(tq)铝较纯的Al2O3铝土矿铝电解提纯提纯主要(zhyo)过程如下：铝土矿NaOH溶液Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O偏铝酸钠过滤残渣(cn zh)滤液足量CO2NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3+NaHCO3悬浊液过滤沉淀：Al(OH)3滤液灼烧较纯的Al2O3电解铝2Al(OH)3Al2O3+3H2O2Al2O34Al+3O2电解第14页/共61页第十五页，共61页。冰晶

7、石从铝土矿制备(zhbi)铝的工艺流程：铝土矿NaAlO2溶液Al(OH)3Al2O3滤渣二氧化碳滤液溶解过滤NaOH溶液过滤灼烧酸化电解熔融Al电解(dinji)Al2O3提纯(tchn)Al2O32Al2O3 4Al+3O2通电第15页/共61页第十六页，共61页。概括(giku)整合从自然界中提取(tq)金属自然界中的金属(jnsh)大都以化合态存在用化学的方法把化合态的金属变成游离态要考虑的问题矿物的提纯（富集）合适的冶炼方法 任务：查找有关从矿石中提取铁和铜资料，对比 上述分析思路,看是否具有一般性。第16页/共61页第十七页，共61页。第17页/共61页第十八页，共61页。资料(z

8、lio)卡片铝的再生新世纪材料(cilio)的亮点再生铝又称二次铝，是目前废物界最有价值的材料，现在世界每年从废铝回收的铝量约为 400万吨，相当于每年铝产量的 25 左右。与以铝土矿为起点相比，生产1吨再生铝合金能耗仅为新铝的 2.6 %，并节省10.5吨水，少用固体材料11吨，比电解铝时少排放CO291%，少处理(chl)废液、废渣1.9吨。第18页/共61页第十九页，共61页。二、铝的氧化物与氢氧化物(qn yn hu w)（一）氧化铝（Al2O3）1.物理性质：Al2O3是一种白色难熔的固体,不溶于水，可作耐火材料(nihucilio)(熔点2050)(天然产称作刚玉)价值连城(ji

9、zh lin chng)的宝石第19页/共61页第二十页，共61页。闪耀着六射星光的天然蓝宝石“亚洲(y zhu)之星”重330克拉，缅甸产，世界著名珍宝，现藏于美国华盛顿斯密森博物馆。天然红宝石“罗斯利夫斯”，重138.7克拉，斯里兰卡产，世界著名(zhmng)珍宝。现藏于美国华盛顿斯密森博物馆。第20页/共61页第二十一页，共61页。精美(jngmi)的氧化铝陶瓷制品耐火(nai hu)坩埚耐火砖燃器具(qj)点火瓷头第21页/共61页第二十二页，共61页。反应物Fe2O3 Al2O3 HClNaOH类别（ ）性氧化物（ ）性氧化物 加盐酸(yn sun)氧化铝、氧化铁均溶解，加氢氧化钠溶

10、液氧化铝溶解，而氧化铁不溶解。碱两Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2OFe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2OAl2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O第22页/共61页第二十三页，共61页。2.化学性质(huxu xngzh)：（1）与酸反应(fnyng)：Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2OAl2O3+6H+=2Al3+3H2O（2）与强碱(qin jin)反应：Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2OAl2O3+2OH-=2AlO2- +H2O(Al2O3是典型的两性氧化物)既能跟酸反应生成盐和水，又能跟碱反应生成盐和水的氧化物称为两性氧化物第23页/共61

11、页第二十四页，共61页。3.用途：液态Al2O3被电解生成铝和氧气，氧化铝是冶炼(ylin)铝的主要原料。注意：氧化铝不能跟水发生反应，不能用氧化铝直接(zhji)合成氢氧化铝。2Al2O3 =4Al + 3O2电解熔融第24页/共61页第二十五页，共61页。1.物理性质(wl xngzh):氢氧化铝是几乎不溶于水的白色固体.在水溶液中新生成的氢氧化铝呈胶状,能凝聚水中悬浮物,又有吸附(xf)色素的性能。 氢氧化铝(qn yn hu hu)胶体可用作净水剂、色素吸附剂等。(二)氢氧化铝 Al(OH)3第25页/共61页第二十六页，共61页。 (1)不稳定性：2Al(OH)3=Al2O3+3H2

12、O这是工业上制取纯净(chnjng)氧化铝的方法。2.氢氧化铝(qn yn hu hu)的化学性质：第26页/共61页第二十七页，共61页。现象：Al(OH)3沉淀(chndin)在NaOH和HCl溶液里都溶解(2) 两性(lingxng)氢氧化物：Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2OAl(OH)3+3H+=Al3+3H2O 与强碱(qin jin)反应：Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2OAl(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O 与酸反应：氢氧化铝既能跟酸反应生成盐和水，又能跟碱反应生成盐和水，所以氢氧化铝是两性氢氧化物。 常用此鉴别Al(OH)3第27页/共61页

13、第二十八页，共61页。氢氧化铝的两性(lingxng)可以下电离方程式来说明：当Al(OH)3遇碱时反应向左方向发展，遇酸时反应向右方向发展。注意：(1)氢氧化铝作为碱时是三元碱；作为酸时是一元酸。(2)氢氧化铝与酸碱反应时，弱酸、弱碱是不能把氢氧化铝溶解的。 酸式电离(dinl) 碱式电离(dinl)H+H2O Al(OH)3 Al3+3OH-第28页/共61页第二十九页，共61页。反思延伸沉淀(chndin)AlCl3+3NaOH=3NaCl+Al(OH)3AlCl3 + 3NH3H2O = Al(OH)3 + 3NH4Cl方案(fng n)一:NaOHAlCl3弱碱(ru jin)强碱方

14、案二:AlCl3NH3H2OAl(OH)3+NaOH= NaAlO2+2H2O沉淀不溶解不溶解于氨水过量溶解制备氢氧化铝第29页/共61页第三十页，共61页。反思延伸Al(OH)3 + 3HCl= AlCl3 + 3H2ONaAlO2HClH2OAl(OH)3+NaCl强酸(qin sun)弱碱(ru jin)盐酸(yn sun)NaAlO2方案三:方案四:NaAlO2CO2沉淀NaAlO2CO22H2OAl(OH)3NaHCO3不溶解于碳酸沉淀过量溶解制备氢氧化铝第30页/共61页第三十一页，共61页。Al2(SO4)3溶液(rngy)中加入少量NH3H2O现象：生成(shn chn)白色胶

15、状沉淀Al2(SO4)36NH3H2O = 2Al(OH)3 3(NH4)2SO4Al3+ 3NH3H2O = Al(OH)3 +3NH4+-实验室制取Al(OH)3方法(fngf)（3）实验室制备氢氧化铝： 第31页/共61页第三十二页，共61页。NaAlO2溶液(rngy)中通入CO2现象：生成(shn chn)白色胶状沉淀（3）实验室制备(zhbi)氢氧化铝： NaAlO2 + CO2 + 2H2O = Al(OH)3+ NaHCO3 （足量CO2 ) AlO2- + CO2 + 2H2O = Al(OH)3+ HCO3-2NaAlO2 + CO2 + 3H2O = 2Al(OH)3+

16、Na2CO3 （少量CO2 ) 2AlO2- + CO2 + 3H2O =2 Al(OH)3+ CO32-第32页/共61页第三十三页，共61页。知识小结(xioji)铝三角关系Al2O3Al3+3mol NH3H2O或OHAl(OH)3AlO2CO2、 H2O或H+ 3mol H+ (强酸(qin sun)H+ (强酸(qin sun)OH(强碱)OH(强碱)4mol OH- (强碱)4mol H+(强酸)加 热第33页/共61页第三十四页，共61页。（4）氢氧化铝(qn yn hu hu)的用途胃舒平又名复方氢氧化铝，是由能中和胃酸的氢氧化铝和三硅酸镁两药合用，并组合解痉止痛药颠茄(din

17、 qi)浸膏而成。第34页/共61页第三十五页，共61页。胃液中含有盐酸，胃酸过多的人常有胃疼烧心的感觉，易吐酸水，服用适量的小苏打（NaHCO3），能治疗胃酸过多，请写出其反应的离子方程式：如果病人同时患胃溃疡，为防胃壁穿孔，不能服用小苏打，原因是：此时最好(zu ho)用含氢氧化铝的胃药（如胃舒平）离子方程式： H+ HCO3-= H2O +CO2 反应(fnyng)过程有二氧化碳生成，压力增大加剧胃穿孔；Al(OH)3+3H+=Al3+3H2O 第35页/共61页第三十六页，共61页。(三)硫酸铝钾(li sun sun ji) KAl(SO4)2 KAl(SO4)2 12H2O 俗名(

18、smng) 明矾KAl(SO4)2=K+Al3+2SO42-明矾的净水作用：电离出的铝离子与水反应(fnyng)生成氢氧化铝胶体，胶体具有很强的吸附作用，它能凝聚水中的悬浮物使之沉降，达到净水目的。Al 3+ + 3H2O 3H+ + Al(OH)3 (胶体)第36页/共61页第三十七页，共61页。 与铝及其化合物相关的图像(t xin)问题 向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液直至(zhzh)过量 ABAl3OH- = Al(OH)3 BCOH-Al(OH)3 = AlO2-2H2O第37页/共61页第三十八页，共61页。练习(linx)1.向30mL1molL1的AlCl3溶液中逐渐加入浓度

19、(nngd)为4moll1的NaOH溶液，若产生0.78g白色沉淀，则加入的NaOH溶液的体积可能为（） A3mL B7.5mL C15mL D27.5mL解析：利用图形一目了然(y m lio rn)地看到碱的量有两个值0.03mol4mo1L17.5mL。0.11mol4mo1L127.5mL。答案：BD第38页/共61页第三十九页，共61页。三、铝 铝为 银白色 金属，熔沸点较低 ，硬度较 小 ，密度较 小 ，导电性仅次 于 银 、 铜 和 铁 ，居第 四 位； 铝元素(yun s)在地壳中含量丰富，居 三 位。是地壳中含量 第一 的金属元素(yun s)。 (一)铝的物理性质(wl x

20、ngzh)第39页/共61页第四十页，共61页。(二)原子结构很容易失3eAl3Al H Al的化学性质(huxu xngzh)活泼,具有较强还原性Al第40页/共61页第四十一页，共61页。第41页/共61页第四十二页，共61页。1.与非金属单质(dnzh)如，氧气(yngq) 氯气 硫2.与水反应(fnyng)铝与冷水不反应，与热水反应缓慢。2Al + 6 H2O = 2Al（OH）3 + 3H2(三)铝的化学性质第42页/共61页第四十三页，共61页。3.与酸的反应(fnyng) 与硫酸(li sun)溶液反应2Al+6HCl=2AlCl3+3H22Al+3H2SO4=Al2(SO4)3

21、+3H2 与浓硫酸、浓硝酸(xio sun)？与盐酸反应第43页/共61页第四十四页，共61页。 在常温下,铝遇浓硝酸、浓硫酸时会在表面生成致密氧化膜而发生钝化，从而阻止(zzh)内部金属进一步发生反应。*浓硝酸、浓硫酸可贮存(zhcn)在铝制容器中，可用铝槽车运输第44页/共61页第四十五页，共61页。（1）在冷的浓硫酸、浓硝酸(xio sun)中钝化。（2）在热的浓硫酸、浓硝酸，稀硝酸 中反应(fnyng)，但不产生氢气。(3)与稀硫酸，盐酸等反应产生氢气。氧化性酸非氧化性酸钝化是不反应么？ 第45页/共61页第四十六页，共61页。4. 铝与碱溶液(rngy)反应2Al+2NaOH+2H2

22、O=2NaAlO2+3H2(还原剂)(氧化剂) 指出上面反应的氧化剂和还原剂？ 为什么铝制餐具(cnj)不宜蒸煮或长期存放有酸性和碱性的食物？ ？偏铝酸钠2Al+2NaOH+6H2O =2NaAlO2+ 4H2O +3H2第46页/共61页第四十七页，共61页。5.与某些(mu xi)金属氧化物反应实验(shyn)铝热反应现象(xinxing)：2Al +Fe2O3 = 2Fe +Al2O3高温剧烈反应，发出耀眼的光芒，产生大量的烟，纸漏斗被烧穿，有红热液珠落下，液珠冷却后变为黑色。铝热反应： 铝在高温条件下和某金属氧化物发生的反应 铝热剂：铝粉和金属氧化物（V2O5、Cr2O3、Fe3O4）

23、的混合物第47页/共61页第四十八页，共61页。1.Mg条和KClO3的 作用(zuyng)：引燃(yn rn)剂2.铝热反应的应用(yngyng)：焊接钢轨和冶炼金属第48页/共61页第四十九页，共61页。铝热反应用于焊接(hnji)钢轨第49页/共61页第五十页，共61页。2Al+Cr2O3=2Cr+Al2O34Al+3MnO2=3Mn+2Al2O310Al+3V2O5=6V+5Al2O3高温高温高温练习(linx)： 写出Al分别与Cr2O3 、 MnO2 、V2O5 的反应 铝热反应的实质(shzh)是高温下，较活泼的铝置换出较不活泼的金属，工业上常用于冶炼高熔点的金属。第50页/共61页第五十一页，共61页。盐溶液中置换(zhhun)出比铝不活泼的金属 请写出铝与AgNO3 、Cu(NO3)2溶液反应(fnyng)的离子反应(fnyng)的方程式Al + 3Ag+ = 3Ag + Al3+2Al+3Cu2+3Cu+2Al3+第51页/共61页第五十二页，共61页。(四)铝的用途(yngt)第52页/共61页第五十三页，共61页。铝合金：主要(zhyo)用于建筑业、交通运输业 以及电子行业。铝导热能力强，可用于各种( zhn)家用器皿。铝导电能力(nngl)强，可用于